한국생명공학연구원, 크리스퍼 카스9 보다 성능 향상
세계 최초 유전자 교정 대상 생물의 핵 내부 물질 전달 원리 활용

한국생명공학연구원 김희식 박사(오른쪽)와 이용재 박사가 유전자를 교정한 미세조류를 살펴보고 있다. 생명공학연구원 제공

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[파이낸셜뉴스] 한국생명공학연구원 김희식 박사팀은 미세조류의 유전자 교정 성능이 10배 이상 향상된 유전자 가위 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 이 새로운 기술은 미세조류의 유전자를 정밀하게 교정해 이산화탄소를 더 효과적으로 흡수하고, 광합성을 더 잘 할 수 있도록 돕는다.

김희식 박사는 "전 세계 최초로 유전자 교정 대상 생물의 핵 내부 물질 전달 원리를 활용해 유전자가위 기술을 개발한 것"이라며, "광합성 미생물의 낮은 유전자 교정 효율이라는 큰 장애물을 넘는데 필요한 핵심 기술로 광합성 미생물 기반 탄소저감 기술의 실현을 앞당기는데 중추적인 역할을 할 것"이라고 말했다.

미세조류는 기후 변화의 주범인 이산화탄소를 빠르게 흡수하면서 동시에 다양한 유용 물질을 생산할 수 있어 탄소 감축 기술의 핵심 플랫폼으로 주목받고 있다. 최근 기후 변화 현상이 심화됨에 따라 생태계에서 탄소 포집과 기후 완화에 중요한 역할을 하는 광합성 미생물을 활용한 기술 개발이 더욱 필요해지고 있다.

하지만 기존의 크리스퍼 단백질 유전자가위 기술은 광합성 미생물의 핵 내부로 들어가기 어려워 유전자 교정 기술에서 유전자가위의 활용도가 극히 낮았다. 이로 인해 미세조류의 탄소 감축 활용에 큰 장애가 됐다.

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 자연 모방 기술을 활용했다. 아그로박테리움이라는 토양 미생물이 자신의 유전 정보를 핵 내부로 전달하는 과정에서 핵위치 신호(NLS)가 중요한 역할을 한다는 사실에 착안해, 대표적인 유전자가위인 크리스퍼 카스9 단백질에 NLS를 이식한 'DN Cas9' 단백질을 개발했다.

이 새로운 유전자 가위 'DN Cas9'은 미세조류인 클라미도모나스 레인하티에서 유전자 교정 실험을 통해 기존 유전자가위보다 더 정밀하게 핵 내부로 유도돼 단백질이 다량으로 축적됐으며, 유전자 교정 빈도도 10배 이상 향상됐다.

연구진은 이 기술이 다른 광합성 미생물에도 적용 가능하다는 것을 확인, 범용적으로 활용될 수 있는 가능성을 제시했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 유전자가위 기술을 국제학술지인 '미국국립과학원회보(PNAS)'에 발표했다.
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monarch@fnnews.com 김만기 기자

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